风力发电基础
风力发电基础基础知识

第5部分 风力发电机组的类型
5.4 按照机组风轮的叶片数目可划分为: • 单叶片风力发电机组 • 双叶片风力发电机组 • 三叶片风力发电机组 • 多叶片风力发电机组
第5部分 风力发电机组的类型
5.5 按照机组风轮的位置可划分为: • 上风向风力发电机组 • 下风向风力发电机组
第5部分 风力发电机组的类型
第4部分 风能利用与风力发电的历史
利用风力发电的尝试,始于二十世纪之 初。第一次世界大战后,丹麦的工程师们根 据飞机螺旋桨的原理,就制造出了小型风力 发电机组。之后、瑞典、苏联和美国也相继 成功地研制了一些小型风力发电装置。这些 小型风力发电机,容量大都在5千瓦以下,广 泛使用于多风的海岛和偏僻的乡村。
5.6 按照机组的控制方式可划分为: • 定桨距风力发电机组 • 变桨距风力发电机组
第5部分 风力发电机组的类型
5.7 按照机组的转速与电能频率的关系可划 分为: •恒速恒频风力发电机组 •变速恒频风力发电机组
第5部分 风力发电机组的类型
5.8 按照机组驱动链的型式可划分为: • 直驱型风力发电机组 • 半直驱型风力发电机组 • 传统有齿箱型风力发电机组
第2部分 发展风力发电的意义
发展风力发电的直接好处是:
•安全、清结、无污染--基本不破坏人类(我 们自己)的生活环境 •同时缓解诸如传统能源日益紧缺等问题 •风力发电使人类向文明又迈进了一步
第3部分 风力发电的基本原理
“人类很早就开始使用发电技术了,发电 技术是通过某种动力来带动发电机发电。传 统的动力来自于水能和热能。利用水轮机将 水能转化为电能的称之为水力发电;利用汽 轮机将化石燃料产生的蒸汽的热能转化为电 能的称之为火力发电。风能也是一种动力, 也可以用来发电,我们称之为风力发电。”
风力发电基础知识

第一章风力发电机组结构1.8 控制系统控制系统利用微处理器、逻辑程序控制器或单片机通过对运行过程中输入信号的采集传输、分析,来控制风电机组的转速和功率;如发生故障或其他异常情况能自动地检测平分析确定原因,自动调整排除故障或进入保护状态。
控控制系统的主要任务就是自动控制风机组运行,依照其特性自动检测故障并根据情况采取相应的措施。
控制系统包括控制和检测两部分。
控制部分又设置了手动和自动两种模式,运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制,而自动控制应在无人值班的条件下预先设置控制策略,保证机组正常安全运行。
检测部分将各传感器采集到的数据送到控制器,经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来,在机组控制器的显示屏上可以查询。
现场数据可通过网络或电信系统送到风电场中央控制室的电脑系统,还能传输到业主所在城市的总部办公室。
安全系统要保证机组在发生非常情况时立即停机,预防或减轻故障损失。
例如定桨距风电机组的叶尖制动片在运行时利用液压系统的高压油保持与叶片外形组合成一个整体,同时保持机械制动器的制动钳处于松开状态,一旦发生液压系统失灵或电网停电,叶尖制动片和制动钳将在弹簧作用下立即使叶尖制动片旋转约90°,制动钳变为夹紧状态,风轮被制动停止旋转。
根据风电机组的结构和载荷状态、风况、变桨变速特点及其他外部条件,将风电机组的运行情况主要分为以下几类:待机状态、发电状态、大风停机方式、故障停机方式、人工停机方式和紧急停机方式。
(1)待机状态风轮自由转动,机组不发电(风速为0~3m/s),刹车释放。
(2)发电状态发电状态Ⅰ:启动后,到额定风速前,刹车释放。
发电状态Ⅱ:额定风速到切出风速(风速12~25m/s),刹车释放。
(3)故障停机方式:故障停机方式分为:可自启动故障和不可自启动故障。
停机方式为正常刹车程序:即先叶片顺桨,党当发动机转速降至设定值后,启动机械刹车。
(4)人工停机方式:这一方式下的刹车为正常刹车,即先叶片顺桨,当发电机转速降至设定值后启动机械刹车。
风力发电基础知识

维护成本高:风力发电机组需要 定期维护维护成本较高
添加标题
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投资成本高:建设风力发电场需 要大量生态环境产生一定影响如噪音、 电磁辐射等
风力发电的适用场景
风力资源丰富的地区如海岸线、山地、草原等 远离电网的偏远地区如海岛、边远山区等 需要清洁能源的地区如环保要求高的城市、工业园区等 需要稳定电力供应的地区如医院、学校、工厂等
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风力发电基础知识
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目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题 风力发电的原理 风力发电的优势与局限性 风力发电技术的发展历程 风力发电的应用前景 风力发电的实际应用案例
01
添加目录项标题
02
风力发电的原理
风力发电的工作原理
风力发电的基本原理:利用风力推动风力发电机的叶片旋转从而产生电能。 风力发电机的结构:包括叶片、转子、发电机、塔架等部分。 风力发电的过程:风力推动叶片旋转转子带动发电机发电电能通过输电线路传输到电网。 风力发电的优点:清洁、可再生、环保、无污染。
采用风能预测技术:通过风能预测技术提高风力发电系统的稳定性和效 率
提高风电机组稳定性的措施与技术保障
采用先进的控制技术如 自适应控制、模糊控制 等提高风电机组的稳定 性和可靠性。
加强风电机组的维护和 保养定期检查和更换易 损部件确保风电机组的 正常运行。
采用先进的风电机 组设计如采用多叶 片、可变桨距等设 计提高风电机组的 稳定性和效率。
德国:Nordsee-Ost风电场欧洲最大的 海上风电场之一
中国:内蒙古辉腾锡勒风电场中国最大的 风电场之一
美国:lt Wind Energy Center美国最大 的风电场之一
风电基本知识

风电基本知识包括以下几个方面:
•风力发电机:风力发电机是风电行业的核心设备,它将风的动能转化为电能,通常由叶片、机舱、传动系统、发电机等组成。
•风速和空气密度:风力发电的效率取决于风速和空气密度,在风速较低的情况下,风力发电的效率会降低。
•太阳辐射:风力发电主要依赖于太阳辐射,太阳能辐射量越大,风力发电的效率也会相应提高。
•系统效率:风电场的系统效率是指风力发电机输出的有效功率与输入的有效功率之比,系统效率取决于系统中各个组件的匹
配情况。
•并网问题:风力发电机需要与电网连接才能产生电能,并网问题包括电网接纳能力、电压稳定性等。
•储能技术:为了满足日益增长的电力需求,风力发电需要与储能技术相结合,如储能电池、储能器等。
•环境影响:风力发电对环境产生的影响包括减少温室气体排放、对气候变化的缓解等。
风力发电基础课件

弦长的夹角
运动旋转方向
u R 2Rn
dL气流升力
相对
速度
dL
1 2
Cl w2dS
dD
1 2
Cd
w 2dS
dF气流w产生的气动力
驱动功率dPw= dT
风输入的总气动功率:P=vΣFa 旋转轴得到的功率:Pu=Tω
风轮效率η=Pu/P
叶片的几何参数
3. 旋转叶片的气动力(叶素分析)
v v1 v2 2
,
贝兹理
最大理想功率为:Pmax
8 27
Sv13
论的极 限值
风力机的理论最大效率:max
Pmax E
(8 / 27)Sv13
1 2
Sv13
16 27
0.593
风力发电机从自然风中所能索取的能量是有限的,其 功率损失部分为留在尾流中的旋转动能。
风力发电机基础理论
3.风力机的主要特性系数
对于有限长的叶片,风轮叶片下游存在着尾迹涡,它形成两 个主要的涡区:一个在轮毂附近,一个在叶尖。有限叶片数由 于较大的涡流影响将造成一定的能量损失,使风力机效率有所 下降。
1) 中心涡,集中在转轴上; 2) 每个叶片的边界涡; 3) 每个叶片尖部形成的螺旋涡。
涡流理论
叶片静止时,据赫姆霍兹定理,叶片附着涡和后缘尾涡 组成马蹄涡系。简化后,将叶片分成无限多沿展向宽度很小 的微段。
叶片的几何参数
2.升力和阻力的变化曲线
0.8
Cl •升力系数与阻力系数是随攻角变化的
0.6
0.4
失速点
0.2
Cd
i
i -30o -20o -10o 0o 10o 20o
-0.2 Cl min
风电基础知识

风电基础知识引言:随着对可再生能源的需求不断增长,风电作为一种无污染、可持续的能源形式,越来越受到关注。
无论是面对日趋紧张的能源供应,还是追求绿色环保的发展,风能都成为了各国政府和企业的关注焦点。
本文将介绍风电的基础知识,包括风能的转化原理、组成结构以及风电发电技术的发展趋势等。
一、风能的转化原理风能是一种动能,可以通过风力发电机将其转化为电能。
风力发电机是利用风能使转子旋转,通过转子与发电机的直接耦合或通过齿轮箱连接,使发电机产生电力。
风力发电机的核心部分是转子,其外形类似于大风车。
当风力吹向转子时,转子的叶片受到推动,并开始旋转。
转子上设置的发电机可以将旋转转子的运动转化为电力。
二、风电的组成结构1.风力发电机组风力发电机组是风电站的核心设备。
它由塔筒、轮毂、叶片、发电机和变频器等组成。
塔筒是风力发电机组的支撑结构,通常采用钢铁或混凝土制成。
轮毂是连接塔筒和叶片的部分,其主要作用是使叶片能够转动。
叶片是风力发电机组的动力装置,一般由纤维复合材料制成,具有轻质、高强度的特点。
发电机是将机械能转化为电能的核心部件,通常采用异步发电机或同步发电机。
变频器是将风力发电机组产生的交流电转化为稳定的直流电的装置。
2.电网连接装置电网连接装置包括变电站和输电线路。
变电站将风力发电机组产生的电能转换为适于输送的电气能,并将其接入电力系统中。
输电线路用于将发电站产生的电能输送到用户端。
三、风电发电技术的发展趋势1.提高风能利用率目前风能的利用率还有很大的提升空间。
为了提高风能利用率,风力发电机组的设计和运行需要更加科学合理。
同时,需要对风力资源进行更加准确的评估,选择更加适合的风力发电机组。
2.增强风电系统的稳定性由于风力发电的波动性较大,风电系统的稳定性一直是亟待解决的问题。
在未来的发展中,需要进一步完善风电并网技术,提高系统的稳定性和可靠性。
3.发展离岸风电相比于陆地风电,离岸风电具有风能资源丰富、风速稳定等优势。
风力发电场基础施工工序

风力发电场基础施工工序
风力发电作为清洁能源的代表之一,在全球范围内得到了广泛的应用。
而一座风力发电场的建设离不开基础施工工序的精确规划和有序进行。
下面就介绍一下风力发电场基础施工的相关工序。
一、场地准备
首先,在进行风力发电场基础施工之前,需要对场地进行准确的勘察和规划。
经过勘察后,确定场地的地形、土质等情况,为后续工作做好准备。
二、基坑开挖
接下来是基坑开挖阶段,根据项目的实际情况和设计要求,使用挖掘机等设备对基坑进行开挖,为后续的基础浇筑提供空间。
三、桩基施工
在基坑开挖完成后,就是进行桩基施工。
桩基是风力发电场的重要支撑结构,它能够承受风力机组的重量和扭矩。
桩基施工需要确保桩的数量、深度和质量符合设计要求。
四、基础浇筑
一旦桩基施工完成,就可以进行基础浇筑了。
基础浇筑是整个风力发电场基础施工中最关键的一个环节,需要确保混凝土的配合比例和浇筑质量,以确保风力机组的安全稳定。
五、主体结构施工
基础浇筑完成后,就可以进行主体结构的施工了。
主体结构包括风
力机组的塔筒、机舱等部分,需要严格按照设计要求进行安装和组装。
六、道路和设施建设
最后,风力发电场基础施工工序还包括道路和设施建设。
道路建设
是为了便于日后的维护和管理,设施建设则是为了保障风力发电场的
正常运行。
在风力发电场基础施工工序中,每一个环节都至关重要,只有严格
按照设计要求和工艺流程进行施工,才能确保风力发电场的安全性和
稳定性。
希望通过以上介绍,能对风力发电场基础施工的工序有一个
清晰的了解。
风电基础知识

风电的优势与挑战
优势:可再生、清洁、可持续。 挑战:间歇性、地域限制、生态影响。 解决方案:储能技术、智能电网、环境评估。 政策支持:各国政府推动可再生能源发展。
风电的未来发展趋势
技术创新:提高风机效率,降低成本。 规模扩大:开发新的风电场,特别是海上风电。 整合能源系统:与其他可再生能源(如太阳能)结合。 政策驱动:加大对可再生能源的投资和支持。
风电基础知识
作者 2024-09-24
目录
1. 风电简介 2. 风力发电原理 3. 风力发电机类型 4. 风电的优势与挑战 5. 风电的未来发展趋势
风电简介
定义全球现状:风电在全球能源结构中占比逐年增加。 中国地位:中国是世界上最大的风电市场之一。
感谢观看
风力发电原理
能量转换:风能→机械能→电能。 关键部件:叶轮、传动系统、发电机。 工作原理:风力推动叶轮旋转,通过传动系统带动发电机产生电能。 效率因素:风速、叶轮设计、地理位置。
风力发电机类型
水平轴风机:最常见的类型,叶轮轴线平行于地面。 垂直轴风机:叶轮轴线垂直于地面,适合城市和复杂地形。 离岸风机:安装在海上,利用更稳定和强劲的海风。 分布式风机:小型风机,用于家庭或偏远地区供电。
风力发电基础知识

1-3 风力发电运行方式
• 分类:独立运行和并网运行两种运行方式。 一、独立运行方式
• 独立运行的风力发电机组,又称离网型风力发电机组, 是把风力发电机组输出的电能经蓄电池蓄能,再供应 用户使用,如需要交流电,则要加逆变器。 (一)储能系统: • 风力发电系统采用的储能系统主要有:蓄电池储能、 抽水蓄能。 • 正在研究试验的有压缩空气储能、飞轮储能、电解水 制氢储能等。
2、塔架 风力机的塔架除了要支撑风力机的重量,还 要承受吹向风力机和塔架的风压,以及风力 机运行中的动载荷。它的刚度和风力机的振 动有密切关系。水平轴风力发电机的塔架主 要可分为管柱型和桁架型两类。一般圆柱形 塔架对风的阻力较小,特别是对于下风向风 力机,产生紊流的影响要比桁架式塔架小。 桁架式塔架常用于中小型风力机上,其优点 是造价不高,运输也方便。但这种塔架会使 下风向风力机的叶片产生很大的紊流。
• 风电场容量系数即发电成本是衡量风力发 电场经济效益的重要指标。风电场内风力 发电机组容量系数的计算方法为:
1-5 风力发电系统及装置
(一)风力发电机组的系统 组成 • 风力发电系统是将风能转
换为电能的机械、电气及 共控制设备的组合。 • 通常包括风轮、发电机、 变速器(小、微容量及特殊 类型的也有不包括变速器 的)及有关控制器和储能装 置。
二、风力发电场的风力发电机组排布
• 作用:合理地选择机组的排列方式,以 减少机组之间的相互影响,风电场内风 力发电机组的排列应以风电场内可获得 最大的发电量来考虑。 • 影响因素:主要受风能分布、风场地形 和土地征用的影响。 • 机组排列的最主要原则:是充分利用风 能资源,最大程度利用风能。
三、风力发电场的经济效益评估
Ф型风力机图
3、风力发电机组可分为定桨距机组与变 桨距机组。 定桨距风力发电机组的功率调节完全 依靠叶片的气动特性。这种机组的输出 功率随风速的变化而变化,当风速超过 额定风速时,通过叶片的失速或偏航控 制降低风能转换系数Cp,从而维持功率 恒定。
风力发电基础第2章 风能资源

在赤道和低纬度地区,太阳高度角大, 日照时间长,太阳辐射强度强,地面和大气接受的 热量多、温度较高;在高纬度地区,太阳高度角小 ,日照时间短,地面和大气接受的热量小,温度低 。这种高纬度与低纬度之间的温度差异,形成了南 北之间的气压梯度,使空气作水平运动,风应沿水 平气压梯度方向吹,即垂直于等压线从高压向低压 吹。地球在自转,使空气水平运动发生偏向的力, 称为地转偏向力,这种力使北半球气流向右偏转, 南半球向左偏转,所以地球大气运动除受气压梯度 力影响外,还要受地转偏向力的影响。大气的真实
13
图2.2 季风的形成
14
海陆风是因海洋和陆地受热不均匀而在海岸附 近形成的一种有日变化的风系。在基本气流微弱时 ,白天风从海上吹向陆地,夜晚风从陆地吹向海洋 。前者称为海风,后者称为陆风,合称为海陆风。 km,铅直高度达1~2 km 增温,由于陆地土壤地上的气温显著比 附近海洋上的气温高。陆地上空气在水平气压梯度 力的作用下,上空的空气从陆地流向海洋,然后下 沉至低空,又由海面流向陆地,再度上升,遂形成 低层海风和铅直剖面上的海风环流。海风从每天上 午开始直到傍晚,风力以下午为最强。日落以后,15
5
当空气由赤道两侧上升向极地流动时,开始因 地转偏向力很小,空气基本受气压梯度力影响,在 北半球,由南向北流动,随着纬度的增加,地转偏 向力逐渐加大,空气运动也就逐渐向右偏转,也就 是逐渐转向东方。在纬度30°附近,偏角到达 90°,地转偏向力与气压梯度力相当,空气运动方 向与纬圈平行,所以在纬度30°附近上空,赤道来 的气流受到阻塞而聚积,气流下沉,形成这一地区
第2章 风能资源
2.1 2.1.1 地球的引力作用使地球周围积聚了厚2 000~3 000 km (也称大气圈)。 大气是一种混合物,由干洁空气、水汽和各种悬 浮的固态杂质微粒组成。干洁空气主要成分是氮 、氧、氩等,约占干洁空气总量的99.97%以上, 其次有二氧化碳、臭氧等多种气体。大气中的氧 和氮是地球上一切生物呼吸和制造营养的源泉, 是维持生命必不可少的。臭氧和二氧化碳含量虽
风力发电机组机舱底盘、塔架与基础介绍

风力发电机组机舱底盘、塔架与基础介绍1、机舱底盘机舱底盘是风力发电机组的底座,风力发电机组的主要系统和部件都安装在它上面。
因此,要求机舱底盘有足够的机械强度和刚度,并且重量轻,有足够的抗振性能。
机舱底盘常采用铸造或焊接结构。
随着机组容量和体积的增大,为了改善其加工性能,机舱底盘多设计成分体结构拼接而成。
2、塔架塔架可支撑机舱和风轮到一定的高度,以便更好地吸收风能。
随着机组容量的增加,塔架高度和重量也相应增加。
随着机组容量和塔架高度的增加,塔架重量占机组重量的比例越来越大。
塔架按照结构材料可分为钢结构塔架和钢筋混凝土塔架。
(1)钢筋混凝土塔架在早期风力发电机组中,大量采用钢筋混凝土塔架,后来由于风力发电机组批量化生产,从批量生产的需要而被钢结构塔架所取代。
近年来随着风力发电机组容量的增加,塔架的直径增大,使得塔架运输出现困难,又有以钢筋混凝土塔架取代钢结构塔架的苗头。
(2)钢结构塔架按结构类型可分为桁架式和锥筒式两种。
①桁架式塔架在早期风力发电机组中大量使用,其主要优点是制造简单、成本低、运输方便,但其主要缺点是不美观、安全性差、不便于维护等。
②锥筒式塔架在当前风力发电机组中大量应用,其优点是美观大方,登塔时安全可靠,控制器等设备可直接安装在塔架内。
塔架内设置有直梯和平台,以便于登塔。
随着机组容量的增大和塔架的增高,塔架内常安装有登塔助力装置或电梯,以便于登塔。
3、基础根据风电场建设场地不同,可分为陆地风力发电机组和海上风力发电机组的基础。
(1)陆地风力发电机组的基础按照地质条件件可分为块状基础和桩基础。
当天然地基的承载力足够时,多采用块状基础。
块状基础结构简单、造价低、工期短。
当地基浅层土质软弱时,使用桩基础,在土壤中打入20~30m的钢筋混凝土桩或钢桩,再在上面浇注混凝土平台。
基础由钢筋混凝土组成,通过预埋地脚螺栓或基础环与塔架连接。
使用地脚螺栓结构的基础时,地脚螺栓需要预埋在基础内。
由于对地脚螺栓安装位置度的要求较高,地脚螺栓需要使用模板安装。
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本章完
21
第二章 风资源概述 z 风的一般知识
—风的形成 —风向与风速
z 风的统计学
—风向频率 —风速频率
z 风的能量
§2.1 风的一般知识 一、风的形成
z 地球表面上,受太阳加热的空气较轻,上升到 高空;冷却的空气较重,倾向于去补充上升的 空气。这就导致了空气的 流动——风。
风力发电技术基础
崔新维 国家风力发电工程技术中心
2005.5.
授课内容
内容
1、风力发电机组概论 2、风资源概述 3、空气动力学基础 4、风力发电机方案设计 5、机组零部件
学时数
(2) (2) (4) (4) (4)
1
1、 概论
1.1. 风力发电机简介 1.2. 风力发电机设计总论
1.2.1. 设计过程 1.2.2. 风力发动机组结构形式 1.2.3. 机组载荷
23
N NNW NWWNWFra bibliotekNNE NE
ENE
W
E
WSW
ESE
SW
SE
SSW
SSE
S
—风速:
•风速——空气流动的速度。 —用空气在单位时间内流经的距离表示 ; —单位:m/s或km/h; —是表示风能的一个重要物理量; —风速和风向都是不断变化的。
•瞬时风速——任意时刻风的速度。 ——具有随机性因而不可控制。 ——测量时选用极短的采样间隔,如<1s。
水平轴机组必须考虑偏航问题。 z 下风式机组
——多用自由式偏航; ——施加偏航阻尼,以限制偏 航角速度和叶片中的陀螺力。
z 上风式机组
——通常采用主动偏航,其中含有偏航电机、 齿轮和刹车, ——要求塔架能承受偏航扭矩。
5)叶轮转速:定速或变速
z 定速机型:
—— 发电方式简单,造价低; —— 对电网依赖程度高。
风力发电机的组成(续)
z 风力发电机组的主要组成部分: —叶轮:将风能转变为机械能。 —传动系统:将叶轮的转速提升到发电机的额 定转速 —发电机:将叶轮获得的机械能再转变为电能。 —偏航系统:使叶轮可靠地迎风转动并解缆。 —其它部件:如塔架、机舱等 —控制系统:使风力机在各种自然条件与工况 下正常运行的保障机制,包括调速、调向和安 全控制。
5
3)、风力发电机组的分类
z 根据额定功率分为小、中、大型机组。但由于各个国家和 地区经济技术发展水平不同 ,界限不尽相同 。
欧洲
美国
中国
微型机
1 k W以下
小型机
小于 1 0 0 k W
1至 1 0 k W
中型机 大型机
100kW
1 0 0 k W~ 1 0 k W~
~ 50 0 k W
1000kW 100kW
能在并网时定速或近似定速运行。 z感应电机由于可靠、廉价、易于接入电网 而得到更多的使用。 z变速运行时,电气系统的将更复杂和昂贵。 z选用适当的变流装置,感应电机和同步电 机都可以用于变速运行。
10
塔架与基础
z 塔架有钢管、桁架和混凝土三种。 z 塔架高度通常为叶轮直径的1~1.5倍。 z 塔架的刚度在风力机动力学中是主要因素。 z 对于下风式机型,必须要考虑塔影效应、功率波动和
9
机舱与偏航系统
z 包括机舱盖,底板和偏航系统。 z 机舱盖起防护作用,底板支撑着传动系部件。 z 偏航系统的主要部件是一个连接底板和塔架的
大齿轮。 z 上风式采用主动偏航,由偏航电机驱动,由偏
航控制系统控制。 z 偏航刹车用来固定机舱位置。 z 自由偏航通常用于下风式机组。
发电机
•主要有感应电机和同步电机两种,两者都
z 能量成本受许多因素影响,但主要有两个:
—— 机组本身的成本(机器、安装、运行、维护等); —— 年发电量(设计和风资源)。
z 设计的基本要求:
—— 单个零部件的成本最低,重量尽可能轻; —— 足够的强度承受可能的极限载荷; —— 运行可靠,最低的维护费用; —— 足够的疲劳寿命。
•设计过程
•确定应用 •选择构型 •初估载荷 •初步设计 •预测性能 •设计评价 成本估计 详细设计 建造样机 样机测试 产品设计
z 其它控制方式
——气动表面控制; ——偏航控制。
17
3)叶轮方位:上风式或下风式
z 上风式:
——须主动偏航; ——塔影效应小; ——叶根弯曲应力大。
叶轮方位:上风式或下风式
z下风式:
——可自由偏航; ——减少或消除叶 根弯曲应力。 ——有塔影效应 (气动力减小、叶片 疲劳、噪声)。
18
4)偏航:自由式或主动式
风流经障碍物后,将产生不规则 的涡流,使风速降低。但随着远离物体, 这种涡流逐渐消失。当距离大于10倍物 体高度时,涡流可完全消失。
启示:在障碍物附近设置风力机或多排 设置风力机时的位置。
26
§2.2 风的统计理论
一、风向频率 z 任意点处的风向时刻都在改变。但在一定时间
内(月、季、年)多次测量,可以得到每一种 风向出现的频率。 z 风向频率的计算方法
组合成多 种机型
海上机组
7
风力发电机功率曲线
5)基本技术特征及发展趋势
z 基本技术特征
水平轴 、上风式、三叶片
z 机型的发展趋势
定桨距
Æ
定速型
Æ
Kw级
Æ
有齿轮箱式 Æ
变桨距 变速型 MW级 直接驱动式
8
6)主要零部件简介 叶轮
z 由叶片和轮毂组成 z 是机组中最重要的部件:决定性能和成本 z 目前多数是上风式,三叶片;也有下风式,两
14
1.2.2. 风力发电机总体布局
z 风力机总体布局中的选项:
——叶轮轴线的方位:水平或垂直; ——功率控制:失速,变桨距; ——叶轮的方位:上风式或下风式; ——偏航控制:主动偏航,自由偏航或固定偏航; ——叶轮转速:定速或变速; ——轮毂类型:固定式或可动式; ——叶片的数量。
1)、叶轮轴线的方位:水平或垂直
z 大多数现代机是水平轴(平行或近似平行于到 面)——HAWT。
z 水平轴机组有两个主要优势:
——实度较低,进而能量成本低于垂直轴机组。 ——叶轮扫略面的平均高度可以更高,利于增加发电 量。
z 垂直轴机组的优势:
——无需偏航。 ——叶片定弦长,无扭曲。 ——传动系位置可降低。
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各种水平 轴机组
各种垂直 轴机组
•风力发电机设计的主要内容
——叶片数目(2或3个) ——叶轮的方位:上风式或下风式 ——叶片材料、结构和外形 ——轮毂设计:刚性或铰接 ——功率控制:失速或变桨距 ——定速或变速运行 ——主动偏航或自由偏航 ——同步电机或异步电机 ——有齿轮箱或直接驱动
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1.2.1. 设计要求与过程
z 经济性是风力发电机设计要考虑的基本问题。 设计的基本目标的使机组的能量成本最低。
一年之中,风的速度也有变化。 在我国,大部分地区风的季节性变化规律是: 春季最强,冬季次之,夏季最弱。
2、影响风速的主要因素
z 垂直高度: 由于风与地表面摩擦的结果,越往高
处风速越高。定量关系常用实验式表示: V(z)=Vr(z/zr)α
V —高度z处的风速。 Vr—参考高度zr处的风速,测得。 α—地表摩擦系数,或地表面粗糙度。
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2)、叶轮功率控制:失速、变桨距 z 失速控制方式
——功率控制方式简单,成本较低; ——叶片与轮毂的连接简单; ——叶轮转速需单独控制(通常是用感应电机); ——在较高风速下达到最大功率; ——传动系的设计偏安全;
2)、叶轮功率控制:失速、变桨距 z 变桨距控制方式
——易于控制; ——变桨距轴承使轮毂结构较复杂; ——增加变桨距驱动装置。
大于50 0 k W 大于1 0 0 0 k W 大于1 0 0 k W
机组的容量、叶轮直径和塔架高度
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4)、风力发电机的主要机型
• 按功率调节方式分:
—定桨距(失速型)机组 —变桨距机组
• 按叶轮转速是否恒定分:
—定速风力机 —变速风力机
• 其它机型 — 主动失速型 — 无齿轮箱型 — 海上机组
噪声问题。
钢制筒形塔架 混凝土式塔架 桁架式塔架 三脚式塔架 拉索桅杆式塔架
控制
z 控制系统主要控制机组的运行和功率的产生。 z 控制系统主要包括:
——传感器:转速、位置、气流、温度、电流、电压 等; ——控制器:机构、电路和计算机。 ——功率放大器:开关、电气放大器、液压泵和阀。 ——致动器:电机、液压缸、磁铁、电磁线圈。 z 控制系统的设计可采用控制工程的方法。主要包含: ——限定扭矩和功率; ——使疲劳寿命最大化; ——使能量产生最大化。
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•载荷及其来源
平均风
风剪切 偏航误差 偏航运动
重力
湍流
阵风 启动 停车 变桨距
结构和激励
稳定载荷 周期载荷 随机载荷 瞬态载荷 谐振载荷
•设计载荷
z 设计风力机必须使其满足一系列条件:
——正常运行条件; ——极限条件; ——疲劳条件。
z 设计过程中对载荷的考虑
——确定风的条件范围; ——选定关注的设计载荷情况; ——计算设计载荷情况对应的载荷; ——验算应力条件是否满足。
•如平均风速——某一时间段内各瞬时风速的平均值。 日平均风速、月平均风速等。
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1、风速的周期性变化
•风速的日变化: 一天之中,风速的大小是不同的。 —地面(或海拔较低处)一般是白天风速高,
夜间风速较低。 白天风—弱高。空(或海拔较高处)则相反,夜间风强,
其逆转的临界高度约为100~150m。 •风速的季节变化:
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1.2. 风力发电机设计总论
• 风力发电机组的主要部件 传动系统